第3课 波的反射、折射和衍射 -2023-2024学年高二物理（人教版2019）（解析版）

第3课波的折射、反射和衍射学习目标学习目标课程标准学习目标知道波的反射和折射现象。通过试验，了解波的衍射现象。1．通过水波或声波观看波的反射、折射和衍射现象。2．生疏衍射是波特有的现象。3．知道明显衍射的条件。002预习导学（一）课前阅读：水波、声波、回声、光的折射、光的反射衍射最早是由弗朗西斯科·格里马第（FrancescoGrimaldi）于1665年发觉并加以描述，他也是“衍射”一词的创始人。这个词源于拉丁语词汇diffringere，意为“成为碎片”，即波原来的传播方向被“打碎”、弯散至不同的方向。格里马第观看到的现象直到1665年才被发表，这时他已经去世。他提出光不仅会沿直线传播、折射和反射，还能够以第四种方式传播，即通过衍射的形式传播。（二）基础梳理一、波的反射和折射（一）定义：波从一种介质射向另一种介质时，在界面处一般要分开，一部分进入另一种介质，叫做；一部分返回原介质中，叫做。（二）反射后，频率、波速、波长均未发生变化；折射后，频率，波速、波长。答案：（一）定义：波从一种介质射向另一种介质时，在界面处一般要分开，一部分进入另一种介质，叫做波的折射；一部分返回原介质中，叫做波的反射。（二）反射后，频率、波速、波长均未发生变化；折射后，频率不变，波速、波长发生变化。【概念连接】回声、光的反射、光的折射【拓展补充】机械波的反射和折射规律与光的反射和折射规律类似【即学即练】1.一只汽船以的速度在无风河面上航行，船上发出声鸣笛，旅客在后听到前方悬崖反射回来的声音，已知声音在空气中的传播速度为。则悬崖离汽船鸣笛时的位置有多远。答案：2．一列声波由空气传到水中（）A．频率不变，波长变小B．频率不变，波长变大C．频率变小，波长变长D．频率变大，波长变大答案：B【微点拨】反射经常考查回声的应用二、波的衍射1．波的衍射现象：波能障碍物连续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差或者波长．2．一切波都能发生，它是波特有的现象．3．如图所示是不同频率的水波通过相同的小孔所能到达区域的示意图，状况中水波的频率最大；状况中水波的频率最小．答案：1．波的衍射现象：波能绕过障碍物连续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长．2．一切波都能发生衍射，它是波特有的现象．3．c；a【概念连接】障碍物、绕【拓展补充】衍射现象的两点提示(1)障碍物或孔的尺寸大小并不是打算衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件，波长越大越易发生明显的衍射现象。(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射格外突出，但衍射波的能量很弱，也很难观看到波的衍射。【即学即练】1.推断题（1）孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象．()（2）孔的尺寸比波长小能观看到明显的衍射现象．()（3）超声波比一般声波的波长小．()答案：（1）孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象．(×)（2）孔的尺寸比波长小能观看到明显的衍射现象．(√)（3）超声波比一般声波的波长小．(√)2.（多选）如图所示，当波源和障碍物都静止不动时，波源发出的波在障碍物处不能发生明显衍射.下列措施可能使波发生较为明显衍射的是()A.增大波源的振动频率B.减小波源的振动频率C.增大障碍物的长度D.减小障碍物的长度答案BD解析不能发生明显衍射的缘由是障碍物的长度远大于波长，则增大波长或减小障碍物的长度可能使波发生较为明显的衍射，选项C错误，D正确；由λ＝eq\f(v,f)知，v不变，减小f，λ增大，选项A错误，B正确.【微点拨】留意相差不大的理解三、声波可听见波，空气中的波长为。答案：可听见波，空气中的波长为1.7cm——17m。【概念连接】波源、水波、频率、波速、波长【拓展补充】超声波与次声波次声波的特点是来源广、传播远、能够绕过障碍物传得很远。次声的声波频率很低，在20Hz以下，\t"/item/%E6%AC%A1%E5%A3%B0%E6%B3%A2/_blank"波长却很长，传播距离也很远。它比一般的\t"/item/%E6%AC%A1%E5%A3%B0%E6%B3%A2/_blank"声波、\t"/item/%E6%AC%A1%E5%A3%B0%E6%B3%A2/_blank"光波和\t"/item/%E6%AC%A1%E5%A3%B0%E6%B3%A2/_blank"无线电波都要传得远。例如，频率低于1Hz的次声波，可以传到几千以至上万千米以外的地方。次声波具有极强的穿透力，不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透牢固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下。次声波的传播速度和\t"/item/%E6%AC%A1%E5%A3%B0%E6%B3%A2/_blank"可听见波相同，由于次声波频率很低。大气对其吸取甚小，当次声波传播几千千米时，其吸取还不到万分之几，所以它传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外。1883年8月，南苏门答腊岛和爪哇岛之间的克拉卡托火山爆发，产生的次声波绕地球三圈，全长十多万公里，历时108小时。1961年，苏联在北极圈内新地岛进行核试验激起的次声波绕地球转了5圈。7000Hz的声波用一张纸即可阻挡，而7Hz的次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土。地震或核爆炸所产生的次声波可将岸上的房屋摧毁。次声假如和四周物体发生共振，能放出相当大的能量。如4Hz-8Hz的次声能在人的腹腔里产生共振，可使心脏消灭猛烈共振和肺壁受损。【即学即练】1．已知空气中的声速为340m/s。现有几种声波:①周期为1/20s;②频率为104Hz;③波长为10m。它们传播时若遇到宽约为13m的障碍物,能产生明显的衍射现象的是()A.①和② B.②和③ C.①和③ D.都可以答案：C解析：周期为1/20s的声波的波长为λ1=vT=17m;由公式v=λf得频率为104Hz的声波的波长为λ2=0.034m,发生明显衍射的条件是孔径、障碍物的尺寸小于波长或者与波长相差不大,故①能产生明显的衍射现象,②不能产生明显的衍射现象。波长为10m的声波与宽度为13m的障碍物尺寸相差不大,故③能产生明显的衍射现象。因此,能产生明显的衍射现象的是①和③,故C正确,A、B、D错误。（三）预习作业1．关于波的反射与折射，下列说法正确的是()A．入射波的波长肯定等于反射波的波长，其频率不变B．入射波的波长肯定小于反射波的波长，其频率不变C．入射波的波长肯定大于折射波的波长，其频率不变D．入射波的波长肯定小于折射波的波长，其频率不变答案A2．（多选）下列现象属于波的衍射现象的是()A.隔墙有耳B.空山不见人,但闻人语响C.余音绕梁,三日而不绝D.夏日雷声轰鸣不绝答案：AB解析：“余音绕梁,三日而不绝”和“夏日雷声轰鸣不绝”主要是由声音的反射引起的,不属于波的衍射现象。“隔墙有耳”和“空山不见人,但闻人语响”属于波的衍射现象。003探究提升环节一波的反射和折射思考：1．甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二人相距，距离墙均为，当甲开了一枪后，乙在时间t后听到第一声枪响，则乙听到其次声枪响的时间为()A.听不到 B.甲开枪后 C.甲开枪后 D.甲开枪后答案：C解析：乙听到的第一声枪响必定是甲放枪的声音直接传到乙的耳中，故。甲、乙二人及墙的位置如图所示，乙听到的其次声枪响必定是墙反射的枪声，由反射定律可知，波线如图中和，由几何关系可得，故其次声枪响传到乙的耳中的时间为，故C正确。2．（多选）以下关于波的生疏，正确的是()A．潜艇利用声呐探测四周物体的分布状况，用的是波的反射原理B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了削减波的反射，从而达到隐形的目的C．雷达的工作原理是利用波的干涉D．水波从深水区传到浅水区转变传播方向的现象，是波的折射现象答案ABD环节二波的衍射问题探究1：（多选）图中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡块，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动，为使A处水也能发生振动，可接受的方法是()A．使波源的频率增大B．使波源的频率减小C．移动N使狭缝的间距增大D．移动N使狭缝的间距减小答案BD解析使孔满足明显衍射的条件即可，或将孔变小，或将波长变大，B、D正确．环节三声波问题探究2：（多选）下述关于声波的传播速度中正确的说法是（）A．声波的频率越高，传播速度越大B．声波振幅越大，传播速度越大C．声波传播速度只由介质打算D．在空气中声速约是340m／s答案：CD004体系构建遇到界面，反射和折射；遇到障碍物，衍射。005记忆清单一、波的反射和折射★学习聚焦：留意频率、波速和波长的变化二、波的衍射★学习聚焦：留意明显衍射的条件如图所示,正中O是水面上一波源,实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷,A是挡板,B是小孔,经过一段时间,水面上的波形将分布于()A.整个区域 B.阴影Ⅰ以外区域C.阴影Ⅱ以外区域 D.没有阴影的区域答案：B解析：从图中可以看出挡板A比波长大得多,因此波不会绕过挡板A,而小孔B的大小与波长差不多,能发生明显的衍射现象,故B正确。三、声波★学习聚焦：留意可听见波的波长范围00601强化训练1．下列说法正确的是（）A．只有横波能发生衍射，纵波不能发生衍射B．当波长比孔的宽度小得越多时，波的衍射越明显C．声波能发生衍射现象，光不能发生衍射现象D．声波易发生明显的衍射现象，光不易发生明显的衍射现象答案：D2．（多选）下列说法中正确的是（）A．衍射是一切波特有的现象B．障碍物或孔越大越易产生衍射C．在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的衍射现象D．在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声音的反射现象答案：AD3.（多选）如图所示为水波的衍射现象,S为波源,d为挡板上的小孔宽度,相邻弧线间距为一个波长,其中符合事实的是()答案：BC解析：选项A、B中小孔宽度大于波长,衍射现象不明显,挡板会阻碍波的传播,故A不符合事实、B符合事实;选项C、D中小孔宽度小于波长,衍射现象明显,但穿过小孔后波速和频率不变,波长应不变,故C符合事实,D不符合事实。4.如图所示,P为桥墩,A为靠近桥墩浮在水面的叶片,波源S连续振动,形成水波,此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶片振动,可用的方法是()A.增加波源距桥墩的距离B.减小波源距桥墩的距离C.提高波源的振动频率D.降低波源的振动频率答案：D解析：为使水波能带动叶片振动,则要使得水波发生明显的衍射,依据发生明显衍射的条件可知,增加或减小波源距桥墩的距离,都不行行,选项A、B错误;S振动时,水波中的质点上下振动,形成的波向前传播,提高波源的振动频率,则质点振动的频率增加,波的频率与振动的频率相等,依据λ=vf,波速不变,频率增大,波长减小,衍射现象不明显,反之,降低频率,波长增大,衍射现象更明显,故C错误,D正确。故选D5.在用水波槽做衍射试验时，若打击水面的振子振动频率是5Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05rn／s，为观看到明显的衍射现象，小孔的直径d应为（）A．10cm B．50cm C．d＞10cmD．d＜1cm答案：D6．有一障碍物的高度为10m，下列波衍射现象最朋显的是（）A．波长为40m的波B．波长为9.9m的波C．频率为40Hz的声波D．频率为5000MHz的电磁波（v＝3.0×108m／s）答案：A7．在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，假如从声波的衍射来考虑，则会听到()A．声音变响，男声比女声更响B．声音变响，女声比男声更响C．声音变弱，男声比女声更弱D．声音变弱，女声比男声更弱答案：D8．（多选）下列事实属于明显的衍射现象的是()A．池塘里的水波，遇到突出水面的小石块，小石块对波的传播没有影响B．水波前进方向上有一障碍物，其后面没有水波传播过去C．水波前进方向上有一个小孔的屏，水波通过小孔传播到屏后的区域D．板胡的声音比弦声更响答案：AC9.（多选）如图所示,一小型渔港的防波堤两端M、N相距约60m,在防波堤后A、B两处有两条小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播,下列说法中正确的有()A.假设波浪的波长约为10m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响B.假设波浪的波长约为10m,则A、B两处小船明显受到波浪影响C.假设波浪的波长约为50m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响D.假设波浪的波长约为50m,则A、B两处小船明显受到波浪影响答案：AD解析：A、B两处小船明显受到波浪影响是由于水波发生明显的衍射,波浪能传播到A、B处。当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候,会发生明显的衍射现象。10．一声波在空气中的波长为25cm，速度为340m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为80cm，求：(1)声波在这种介质中的频率；(2)声波在这种介质中的传播速度大小．答案(1)1360Hz(2)1088m/s11.甲、乙二人分乘两只船在湖中钓鱼，两船相距24m，有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动10次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有一个波峰，则此水波的波长为多少？波速为多少